9.1. Пузырьковое кипение в большом объеме

Для пузырькового кипения в условиях естественной конвекции, в качестве определяющей принимают температуру насыщения . Теп­лоотдача рассчитывается для следующих двух случаев:

1. задана тепловая нагрузка q, Вт/м²:

при ; (9.1)

при ; (9.2)

2) задан температурній напор

при ; (9.3)

при ; (9.4)

здесь ; ; ; ; r -теплота парообразования, Дж/кг; T_s - температура насыщения, К; , , , , - теплопроводность, кинематическая вязкость, температуропроводность, удельная теплоемкость и поверхностное натяжение жидкости; и - плотность жидкости и пара.

Формулы (9.1)–(9.4) пригодны при условии ; ; давление Па;

.

Для воды значения , , приведены в табл.15 приложения.

Средний коэффициент теплоотдачи при пузырьковом кипении воды

, (9.5)

где - давление насыщения, МПа; q - плотность теплового потока, Вт/м²; формула применима при МПа.

Первая критическая плотность теплового потока при пузырьковом кипении чистых неметаллических жидкостей на горизонтальных трубах и плитах

. (9.6)

9.2. Пузырьковое кипение в трубах при вынужденной конвекции

При объемном паросодержании до 70 % теплоотдача при кипении характеризуется как конвекцией однофазной среды, так и процессом парообразования (двухфазное состояние). При малых тепловых нагруз­ках большее влияние оказывает конвекция однофазной жидкости, при больших парообразование.

Коэффициент теплоотдачи при вынужденном течении кипящей жидкости в трубах можно определить следующим образом:

если , то

, (9.7)

где - коэффициент теплоотдачи однофазной жидкости при турбулентном режиме течения, определяется по формуле (6.18); - коэффициент теплоотдачи при пузырьковом кипении, определяется по фор­мулам (9.1) - (9.4);

если , то

; (9.8)

если , то

. (9.9)

Для воды формулы (9.7) – (9.8) пригодны при давлении МПа и объемном паросодержании %.

9.3. Пленочное кипение в большом объеме

Коэффициент теплоотдачи определяется из формулы

, (9.10)

где ; ; ; .

Значения С и n определяются следующим образом:

для вертикальной поверхности

; ;

определяющая температура ;

для горизонтальной плоской поверхности

, , если , и

, , если ;

определяющая температура ;

для боковой поверхности горизонтальной круглой трубы с наруж­ным диаметром d

; ;

определяющая температура .

Глава десятая

ТЕПЛООБМЕН ИЗЛУЧЕНИЕМ МЕЖДУ ТЕЛАМИ,

РАЗДЕЛЕННЫМИ ПРОЗРАЧНОЙ СРЕДОЙ

10.1. Основные понятия и расчетные формулы

Теплообмен излучением - передача теплоты, связанная с превра­щением внутренней энергии тела в энергию электромагнитных волн (или фотонов) и последующим превращением последней во внутреннюю энергию других тел.

В инженерных расчетах теплообмен излучением между телами, разделенными прозрачной (диатермичной) средой, проводится в пред­положении о том, что излучающие поверхности - серые и их излуче­ние - диффузное с постоянной плотностью на изотермических участках поверхности,

Серым телом называется тело, имеющее непрерывный спектр излу­чения, полностью подобный спектру абсолютно черного тела при той же температуре, его спектральный коэффициент теплового излучения е. постоянен во всем диапазоне длин волн от нуля до бесконечности и не зависит от температуры. Диффузное излучение характеризуется интенсивностью, не зависящей от направления.

При расчетах теплового излучения серых тел применяется понятие эффективного излучения, оно представляет собой совокупность соб­ственного Е излучения тела н отраженного Е_отр излучения.

Поверхностная плотность потока собственного излучения тела, Вт/м² имеющего абсолютную температуру Т, К,

; (10.1)

здесь - интегральный коэффициент теплового излучения - отношение плотностей потока излучения Е реального тела и абсолютно черного тела Е_о или отношение коэффициентов лучеиспускания реального тела с и абсолютно черного тела . Тогда для реального тела

. (10.2)

Значение с изменяется от 0 до 5,67, изменяется от 0 до 1. Прене­брегая зависимостью от температуры, можно выбирать значения из табл. 16 приложения.

Тепловой поток излучения , Вт, между двумя телами, имеющи­ми температуры и определяется и общем виде по формуле

, (10.3)

где - приведенный коэффициент теплового излучения системы двух тел; с_пр - приведенный коэффициент лучеиспускания системы двух тел; - площадь поверхности тела с температурой ; - средний угловой коэффициент лучеиспускания тела с температурой .

Средний угловой коэффициент лучеиспускания (коэффициент облученности) есть безразмерное число, меньшее единицы, которое показывает, какая доля от всего теплового потока , излучаемого одним телом со всей своей поверхности во все стороны пространства, достигает поверхности другого тела, т. е. , где - поток от первого тела, достигший поверхности второго тела. Излучаемые потоки предполагаются диффузными, и значения потоков не меняются по ответствующим поверхностям.

Свойство взаимности угловых коэффициентов:

, (10.4)

где , - средние угловые коэффициенты излучения первого и второго тел; , - площади поверхности первого и второго тел.

Угловые коэффициенты излучения определяются в зависимости от геометрических параметров и способа размещения двух тел в пространстве:

1) два параллельных диска с центрами на общей нормали и одинаковыми диаметрами d (рис. 10.1):

, (10.5)

где h – расстояние между дисками;

Рис. 10.1. Лучистый теплообмен между дисками

2) два параллельных диска с центрами на общей нормали, но разными диаметрами, :

;

; (10.6)

3) две параллельные пластины одинаковой ширины а (рис. 10.2):

, (10.7)

где h – расстояние между поверхностями пластин;

Рис. 10.2. Лучистый теплообмен между параллельными пластинами

4) стенка с расположенным на ней рядом труб с наружным диаметром d и шагом s (рис. 10.3):

; (10.8)

- условие взаимности угловых коэффициентов лучеиспускания за 1 м длины трубы.

Рис. 10.1. Лучистый теплообмен между трубами и стенкой

Приведенный коэффициент теплового излучения системы двух тел определяется с помощью коэффициента теплового излучения первого и второго тел, расположенных следующими способами:

1. два тела, произвольно расположенных в пространстве (общий случай):

; (10.9)

2) два тела с параллельными поверхностями больших размеров, угловые коэффициенты , и формула (10.9) принимает вид

; (10.10)

3) тело с площадью поверхности находится внутри другого тела с площадью поверхности .Угловые коэффициенты , . С учетом (10.4) формула (10.9) принимает вид

. (10.11)

При имеем , тогда ;

4) при наличии n плоских экранов, расположенных между двумя телами с параллельными поверхностями больших размеров,

, (10.12)

где - коэффициент теплового излучения i-гo экрана;

5) при наличии п цилиндрических экранов, расположенных между телом и внешней оболочкой,

, (10.13)

где , , - коэффициенты теплового излучения соответственно тела, внешней оболочки и i-гo экрана; , , - площади поверхностей соответственно тела, внешней оболочки и i-гo экрана.

Закон Вина:

, (10.14)

где Т - температура тела, К; - длина волны, соответствующая ма­ксимуму спектральной интенсивности излучения, м.

Закон Кирхгофа:

(10.15)

где , - плотности потоков собственного излучения реального абсолютно черного тела в условиях теплового равновесия; А - коэффициент поглощения реального тела.

Для серого тела в условиях теплового равновесия интегральные характеристики .

Эффективное и результирующее излучения тела опреде­ляются соотношениями

(10.16)

(10.17)

где Е - собственное излучение тела, К; А - коэффициенты отражения и поглощения тела; плотность падающего извне теплового излу­чения на тело.

Лучисто – конвективный теплообмен между двумя телами с темпера­турами и :

1. тепловой поток , Вт, и его плотность , Вт/м²,

; (10.18)

; (10.19)

или

(10.20)

где - коэффициент конвективной теплоотдачи, определенный без учета влияния лучистого теплообмена (рассчитывается по формулам для свободного или вынужденного движения среды); - коэффи­циент лучисто-конвективной теплоотдачи ;

2) условный коэффициент теплоотдачи излучением, Вт/ ,

. (10.21)

Глава одиннадцатая

ПРОЦЕССЫ МАССООБМЕНА